(57)【要約】【課題】ＳＯＩ基板を用いる固体撮像装置において、基板の抵抗率のばらつきを抑え、撮像した画像の画質劣化を防止できるようにする。【解決手段】エピタキシャル法により、主面上に形成したシリコン単結晶層２４を有する第１のウェハ２０を形成し、シリコン単結晶層２４の上に酸化シリコン層２２を形成し、イオン注入法により、シリコン単結晶層２４の内部に欠陥層２３を形成し、酸化シリコン層２２と第２のウェハ１７とを貼り合わせる。次に、それぞれシリコン単結晶層２４を含む第２のウェハ１７から第１のウェハ２０を欠陥層２３において剥離することにより、酸化シリコン層２２と酸化シリコン層２２の上に形成されたシリコン単結晶層２４とを有するＳＯＩウェハ１６を形成する。その後、シリコン単結晶層２４にフォトダイオード１９を形成し、シリコン単結晶層２４における酸化シリコン層２２と反対側の面に配線２７等を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル法により、第１のウェハの主面上にシリコン単結晶層を形成する工程と、
前記シリコン単結晶層の上に酸化シリコン層を形成する工程と、
イオン注入法により、前記シリコン単結晶層の内部に欠陥層を形成する工程と、
前記第１のウェハにおける前記酸化シリコン層に第２のウェハを貼り合わせる工程と、
前記シリコン単結晶層を含む前記第２のウェハから前記シリコン単結晶層を含む前記第１のウェハを前記欠陥層において剥離することにより、前記第２のウェハの上に形成された前記酸化シリコン層と該酸化シリコン層の上に形成された前記シリコン単結晶層とを有するＳＯＩウェハを形成する工程と、
前記シリコン単結晶層にフォトダイオードを形成する工程と、
前記シリコン単結晶層における前記酸化シリコン層と反対側の面にフォトダイオード電荷読み出し構造を含む配線層を形成する工程とを備えていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記フォトダイオードを形成する工程において、前記フォトダイオードの受光部は、前記酸化シリコン層側に向けて形成され、
前記配線層を形成した後に、前記第２のウェハの一部又は全部を前記酸化シリコン層に対して選択的にエッチングする工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
エピタキシャル法により、第１のウェハの主面上に第１のシリコン単結晶層を形成する工程と、
前記第１のシリコン単結晶層の上に酸化シリコン層を形成する工程と、
イオン注入法により、前記第１のシリコン単結晶層の内部に欠陥層を形成する工程と、
前記第１のウェハにおける前記酸化シリコン層に第２のウェハを貼り合わせる工程と、
前記第１のシリコン単結晶層を含む前記第２のウェハから前記第１のシリコン単結晶層を含む前記第１のウェハを前記欠陥層において剥離することにより、前記第２のウェハの上に形成された前記酸化シリコン層と該酸化シリコン層の上に形成された前記第１のシリコン単結晶層とを有するＳＯＩウェハを形成する工程と、
エピタキシャル法により、前記第１のシリコン単結晶層の上に第２のシリコン単結晶層を形成する工程と、
前記第１のシリコン単結晶層又は第２のシリコン単結晶層にフォトダイオードを形成する工程と、
前記第２のシリコン単結晶層における前記第１のシリコン単結晶層と反対側の面にフォトダイオード電荷読み出し構造を含む配線層を形成する工程とを備えていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記フォトダイオードを形成する工程において、前記フォトダイオードの受光部は、前記酸化シリコン層側に向けて形成され、
前記配線層を形成した後に、前記第２のウェハの一部又は全部を前記酸化シリコン層に対して選択的にエッチングする工程をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
エピタキシャル法により、第１のウェハの主面上に不純物濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上である第１のシリコン単結晶層を形成する工程と、
前記第１のシリコン単結晶層の上に酸化シリコン層を形成する工程と、
イオン注入法により、前記第１のシリコン単結晶層の内部に欠陥層を形成する工程と、
前記第１のウェハにおける前記酸化シリコン層に第２のウェハを貼り合わせる工程と、
前記第１のシリコン単結晶層を含む前記第２のウェハから前記第１のシリコン単結晶層を含む前記第１のウェハを前記欠陥層において剥離することにより、前記第２のウェハの上に形成された前記酸化シリコン層と該酸化シリコン層の上に形成された前記第１のシリコン単結晶層とを有するＳＯＩウェハを形成する工程と、
エピタキシャル法により、前記第１のシリコン単結晶層の上に第１のシリコン単結晶層よりも不純物濃度が低い第２のシリコン単結晶層を形成する工程と、
前記第２のシリコン単結晶層に、前記酸化シリコン層側に受光部を向けて、フォトダイオードを形成する工程と、
前記第２のシリコン単結晶層における前記第１のシリコン単結晶層と反対側の面にフォトダイオード電荷読み出し構造を含む配線層を形成する工程と、
前記第２のウェハの一部又は全部を前記酸化シリコン層に対して選択的にエッチングする工程とを備えていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１のシリコン単結晶層は、第１の電導型であり、
前記第２のシリコン単結晶層は、第２の電導型であり、
前記フォトダイオードは、第２の電導型であることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１のシリコン単結晶層は、第１の電導型であり、
前記第２のシリコン単結晶層は、第２の電導型であり、
前記フォトダイオードを形成する工程は、前記第２のシリコン単結晶層に第１の電導型のウェルを形成する工程を含み、
前記フォトダイオードは、第２の電導型であり且つ前記ウェル内に形成されることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
エピタキシャル法により形成され、第１の面と該第１の面と対向する第２の面とを有する板状のシリコン単結晶層と、
前記シリコン単結晶層の前記第１の面上に設けられ、フォトダイオード電荷読み出し構造を含む配線層と、
前記シリコン単結晶層の内部に、前記第２の面に受光部を向けて形成された複数のフォトダイオードとを備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
前記シリコン単結晶層の前記第２の面上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に前記フォトダイオードと対応して設けられたカラーフィルタとをさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記シリコン単結晶層の前記第２の面上に前記フォトダイオードと対応して設けられたオンチップマイクロレンズをさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記シリコン単結晶層の前記第２の面上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に設けられたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの上にフォトダイオードと対応して設けられたオンチップマイクロレンズとをさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いる固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ及びビデオカメラ等には、電荷結合素子（Charge Coupled Device：ＣＣＤ）又はＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置を使用するのが一般的である。近年では固体撮像装置の改良が進み、高画素の固体撮像装置により高精細な画像を撮影することが可能である。
【０００３】
このような従来の固体撮像装置において、半導体基板の上に転送ゲート、光電変換素子、ＭＯＳトランジスタ及び各種配線等を設けたものが一般的である。しかし、光電変換素子の受光領域は転送ゲート、ＭＯＳトランジスタ及び配線等を避けるように設けられることが必要であるため、半導体基板の面積の縮小及び画素数の増加による画素の微細化に伴って受光領域の開口率が小さくなるという問題がある。
【０００４】
そこで、近年においては、半導体基板の片面に転送ゲート、ＭＯＳトランジスタ及び配線層を形成すると共に、その裏面に光電変換素子を配置して、裏面を受光領域とした裏面照射型の固定撮像装置が注目されている。
【０００５】
裏面照射型の固体撮像装置は、基板の膜厚を３μｍ〜１０μｍ程度に薄膜化する必要がある。その手段としては、従来のシリコン基板を裏面から研磨又はエッチングする方法も考えられるが、通常５００μｍ以上である初期基板の膜厚を１０μｍ以下にまで均一に薄膜化する点で制御性に乏しい。
【０００６】
そこで、酸化シリコン層の上にシリコン単結晶層を形成したＳＯＩウェハを用いた裏面照射型の固体撮像装置の製造方法が、例えば特許文献１に提示されている。
【０００７】
その製造方法は、ベースウェハの上に酸化シリコン層を形成し、さらにその上にシリコン単結晶層が形成されたＳＯＩウェハを用いて、シリコン単結晶層に酸化シリコン層側に受光部を向けて光電変換素子を形成する工程と、シリコン単結晶層の酸化シリコン層と反対側の面に配線層を形成する工程と、酸化シリコン層の下のベースウェハを選択的に除去する工程とを含む。
【０００８】
また、ＳＯＩウェハの代表的な製造方法は、大きく分けてＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxigen）法と貼り合わせ法とが知られている。
【０００９】
ＳＩＭＯＸ法は、高濃度の酸素をシリコン基板に高加速エネルギーでイオン注入して、熱処理することによって、シリコン基板の内部に酸化シリコン層を形成すると共にシリコン基板の表面近傍に再結晶化したシリコン層ができることを利用したＳＯＩウェハの製造方法である。この方法は、イオン注入の深さの制御は精度良くできるため、シリコン基板の表面近傍にできる再結晶シリコン層の膜厚の均一性は良いが、熱処理時に非単結晶の酸化シリコン層が生じて、その上に再結晶シリコン層が形成されるため、この再結晶シリコン層内には多数の結晶欠陥が発生する。この結晶欠陥の低減に多くの努力がなされてきたが、本質的ともいえる欠陥の発生の機構であるために、未だ克服できていない。今後もこの欠陥の低減は難しいと考えられる。
【００１０】
そこで提案されたのがウェハ貼り合わせ法であり、Ｕｎｉｂｏｎｄ法（Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（登録商標））が実用的には現在の主流である。
【００１１】
Ｕｎｉｂｏｎｄ法は、シリコン基板の表面に酸化シリコン膜を形成し、形成した酸化シリコン膜を介して水素イオンの注入を行い、その後、これをベースウェハ（支持基板）と貼り合わせる。その後に、熱処理を行い、水素イオンの注入位置において剥離することによりＳＯＩウェハを形成する方法（水素イオン剥離法）であり、例えば特許文献２又は特許文献３に提示されている。
【００１２】
水素イオン剥離法は、２枚のシリコンウェハのうち少なくとも一方に酸化シリコン膜を形成すると共に、一方のシリコンウェハの上から水素イオン又は希ガスイオンを注入して、前記シリコンウェハの内部に欠陥層（封入層）を形成させる。その後に、酸化シリコン膜を介して他方のシリコンウェハと密着させて、熱処理（剥離熱処理）を行うことにより欠陥層を劈開面（剥離面）として一方のウェハを薄膜状に剥離して、さらに熱処理（結合熱処理）を行うことにより結合を強固にしてＳＯＩウェハとする技術である。
【特許文献１】特表２００８−５１４０１１号公報
【特許文献２】特許第２９５９７０４号公報
【特許文献３】特許第３３８５９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ＳＯＩウェハの製造に供されるシリコンウェハは、通常チョクラルスキ（Czochralski：ＣＺ）法により製造される。ＣＺ法は、塊状のシリコン多結晶を石英からなる坩堝に入れて、アルゴン雰囲気における抵抗加熱により溶融して、塊状のシリコン多結晶に接触させて徐々に回転させながら引き上げて製造する。シリコンの抵抗率はドーパントの濃度により制御するが、軸方向及び面内方向の抵抗率を一様にすることが困難である。ＣＺ法により製造されたシリコンウェハの引き上げによって発生する同心円状の抵抗率及び酸素濃度等の斑をスワールという。図９に抵抗率の大小を濃度で表したスワールの模式図を示す。このような問題はあるが、引き上げ機の大きさ次第では３００ｍｍ以上の大口径の単結晶を作ることが可能であるため、近年の半導体製造で使われる大口径ウェハはすべてＣＺ法により作られている。
【００１４】
ＣＺ法により製造されたシリコンウェハを用いて、水素イオン剥離法により製造されたＳＯＩウェハはすでに主としてロジックＬＳＩの製造において実用化されているが、通常製造されるＳＯＩウェハは、ＣＺ法に起因する抵抗率のばらつきはあまり問題とならない。
【００１５】
以下、ＣＺ法により製造されたシリコンウェハを材料として、水素イオン剥離法によるＳＯＩウェハを用いた裏面照射型の固体撮像装置の製造方法を説明する。
【００１６】
図１０及び図１１は、従来のＳＯＩウェハを用いた裏面照射型の固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。
【００１７】
図１０（ａ）に示すように、シリコン単結晶であるボンドウェハ５を用意する。ボンドウェハ５はＣＺ法により製造されたシリコン単結晶である。ここで、ボンドウェハ５は図１１（ｅ）に示す完成した固体撮像装置３のｐウェル６になるように、ｐ型に不純物が導入されている。また、ボンドウェハ５は主面が下側になるように示している。
【００１８】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ボンドウェハ５を熱酸化することにより、酸化シリコン層７を形成する。ここで、主面側の酸化シリコン層７のみを示しているが、実際には裏面及び側面にもシリコン酸化膜が形成される。
【００１９】
次に、図１０（ｃ）に示すように、ボンドウェハ５の主面から水素イオンを注入する。ここで、水素イオンの注入の加速エネルギーを制御して、水素イオンの注入による欠陥層８のボンドウェハ５の主面からの深さを調整することにより、後に図１１（ａ）に示すＳＯＩウェハ１が完成した際の上層のシリコン単結晶層９の厚さを決めることができる。
【００２０】
次に、図１０（ｄ）に示すように、ＳＯＩウェハ１における強度を維持するためのベースウェハ２及びボンドウェハ５の表面を洗浄して表面同士を貼り合わせる。ここで、ベースウェハ２はＣＺ法により製造されたシリコン単結晶である。
【００２１】
この後、図１０（ｅ）に示すように、ベースウェハ２とボンドウェハ５とを裏面から引き離すことによって、欠陥層８において、ベースウェハ２からボンドウェハ５の一部が剥離する。ここでベースウェハ２から剥離されたボンドウェハ５の一部は、再び図１０（ｂ）の酸化工程にもどされ、別のＳＯＩウェハの製造に再利用されることもある。
【００２２】
その後、熱処理を行うことにより貼り合わせた面同士の接着を強固にする。通常では１０００℃前後の熱処理によって接着面の結合が強固になるといわれているが、プラズマによる前処理等により熱処理を低温化する方法も検討されている。
【００２３】
ここまでの工程により、図１１（ａ）に示すように、ＳＯＩウェハ１が完成する。
【００２４】
図１１（ｂ）は、ＳＯＩウェハ１の上層のシリコン単結晶層９にフォトダイオード４及びドレイン１１を形成し、シリコン単結晶層９の上に読み出しゲート１０及び配線１２を形成して、ＭＯＳ型固体撮像装置を形成する工程を示している。ＣＣＤ固体撮像装置の場合には、フォトダイオード、電荷転送部、ゲート電極及び配線がこれに代わる。フォトダイオード４はｐ型基板中にヒ素（Ａｓ）又はリン（Ｐ）等の不純物をイオン注入して形成する。
【００２５】
次に、図１１（ｃ）に示すように、ＳＯＩウェハ１からベースウェハ２を除去する。ベースウェハ２がシリコン単結晶であれば、アルカリ溶液によるエッチングにより容易に除去することができる。また、中間の酸化シリコン層７はアルカリ溶液によりエッチングされないため、ＳＯＩウェハ１を製造した膜厚精度での加工が可能であり、この点がＳＯＩウェハ１を用いる最大の利点である。このとき、ＳＯＩウェハ１の全面からベースウェハ２を除去する場合にはウェハの強度が不足するため、配線１２等を形成した表面側に、別途補強のための支持ウェハを貼り付ける必要があるがここでは省略している。
【００２６】
その後、図１１（ｄ）に示すように、酸化シリコン層７が形成されている面からボロン（Ｂ）イオンの注入を行い、シリコン単結晶層９におけるシリコン単結晶層９と酸化シリコン層７との界面近傍にｐ＋型の空乏化防止層１３を形成する。空乏化防止層１３がフォトダイオード４の空乏層が酸化シリコン膜との界面まで広がることを防ぐことにより、界面準位で発生するノイズ電子がフォトダイオード４に蓄積し、暗信号となるのを防ぐ。
【００２７】
最後に、図１１（ｅ）に示すように、ウェハ裏面の酸化シリコン層７の上に、カラーフィルタ１４及びオンチップマイクロレンズ１５を形成して、裏面照射型の固体撮像装置３が完成する。
【００２８】
しかしながら、前記従来のＳＯＩウェハを用いた裏面照射型の固体撮像装置の製造方法は、シリコンウェハを均一に制御性良く薄膜化するという点では優れているものの、基板の抵抗率のわずかなばらつきがフォトダイオードの個々の特性に影響し、感度及び飽和信号量のばらつきとなるため、撮像した画像に図１２に示すようなスワールに起因する固定パターンノイズが見えるという問題がある。
【００２９】
本発明は上記の問題に鑑み、ＳＯＩ基板を用いる固体撮像装置において、基板の抵抗率のばらつきを抑え、撮像した画像の画質劣化を防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
前記の目的を達成するために、本発明は、固体撮像装置の製造方法を、エピタキシャル法により形成したシリコン単結晶を有するＳＯＩウェハを用いる構成とする。
【００３１】
具体的に、本発明に係る第１の固体撮像装置の製造方法は、エピタキシャル法により、第１のウェハの主面上にシリコン単結晶層を形成する工程と、シリコン単結晶層の上に酸化シリコン層を形成する工程と、イオン注入法により、シリコン単結晶層の内部に欠陥層を形成する工程と、第１のウェハにおける酸化シリコン層に第２のウェハを貼り合わせる工程と、シリコン単結晶層を含む第２のウェハからシリコン単結晶層を含む第１のウェハを欠陥層において剥離することにより、第２のウェハの上に形成された酸化シリコン層と該酸化シリコン層の上に形成されたシリコン単結晶層とを有するＳＯＩウェハを形成する工程と、シリコン単結晶層にフォトダイオードを形成する工程と、シリコン単結晶層における酸化シリコン層と反対側の面にフォトダイオード電荷読み出し構造を含む配線層を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００３２】
本発明の第１の固体撮像装置の製造方法によると、不純物濃度の同心円状の斑を避けられないＣＺ法により形成されたシリコン単結晶を含まないため、従来の製造方法により製造された固体撮像装置に発生する固定パターンノイズが発生しない。これにより撮像した画像の画質劣化を防止できる固体撮像装置を製造することができる。
【００３３】
また、本発明の第１の固体撮像装置の製造方法において、フォトダイオードを形成する工程において、フォトダイオードの受光部は、酸化シリコン層側に向けて形成され、配線層を形成した後に、第２のウェハの一部又は全部を酸化シリコン層に対して選択的にエッチングする工程をさらに備えていてもよい。
【００３４】
本発明に係る第２の固体撮像装置の製造方法は、エピタキシャル法により、第１のウェハの主面上に第１のシリコン単結晶層を形成する工程と、第１のシリコン単結晶層の上に酸化シリコン層を形成する工程と、イオン注入法により、第１のシリコン単結晶層の内部に欠陥層を形成する工程と、第１のウェハにおける酸化シリコン層に第２のウェハを貼り合わせる工程と、第１のシリコン単結晶層を含む第２のウェハから第１のシリコン単結晶層を含む第１のウェハを欠陥層において剥離することにより、第２のウェハの上に形成された酸化シリコン層と該酸化シリコン層の上に形成された第１のシリコン単結晶層とを有するＳＯＩウェハを形成する工程と、エピタキシャル法により、第１のシリコン単結晶層の上に第２のシリコン単結晶層を形成する工程と、第１のシリコン単結晶層又は第２のシリコン単結晶層にフォトダイオードを形成する工程と、第２のシリコン単結晶層における第１のシリコン単結晶層と反対側の面にフォトダイオード電荷読み出し構造を含む配線層を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００３５】
本発明の第２の固体撮像装置の製造方法によると、不純物濃度の斑を避けられないＣＺ法により形成されたシリコン単結晶を含まないため、従来の製造方法により製造された固体撮像装置に発生する固定パターンノイズが発生しない。これにより撮像した画像の画質劣化を防止できる固体撮像装置を製造することができる。さらに固体撮像装置の読み出しゲート、ドレイン及び配線等は無欠陥の第２のシリコン単結晶層の表面に形成できるため固体撮像装置の画質をより改善することができる。
【００３６】
また、本発明の第２の固体撮像装置の製造方法において、フォトダイオードを形成する工程において、フォトダイオードの受光部は、酸化シリコン層側に向けて形成され、配線層を形成した後に、第２のウェハの一部又は全部を酸化シリコン層に対して選択的にエッチングする工程をさらに備えていてもよい。
【００３７】
本発明に係る第３の固体撮像装置の製造方法は、エピタキシャル法により、第１のウェハの主面上に不純物濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上である第１のシリコン単結晶層を形成する工程と、第１のシリコン単結晶層の上に酸化シリコン層を形成する工程と、イオン注入法により、第１のシリコン単結晶層の内部に欠陥層を形成する工程と、第１のウェハにおける酸化シリコン層に第２のウェハを貼り合わせる工程と、第１のシリコン単結晶層を含む第２のウェハから第１のシリコン単結晶層を含む第１のウェハを欠陥層において剥離することにより、第２のウェハの上に形成された酸化シリコン層と該酸化シリコン層の上に形成された第１のシリコン単結晶層とを有するＳＯＩウェハを形成する工程と、エピタキシャル法により、第１のシリコン単結晶層の上に第１のシリコン単結晶層よりも不純物濃度が低い第２のシリコン単結晶層を形成する工程と、第２のシリコン単結晶層に、酸化シリコン層側に受光部を向けて、フォトダイオードを形成する工程と、第２のシリコン単結晶層における第１のシリコン単結晶層と反対側の面にフォトダイオード電荷読み出し構造を含む配線層を形成する工程と、第２のウェハの一部又は全部を酸化シリコン層に対して選択的にエッチングする工程とを備えていることを特徴とする。
【００３８】
本発明の第３の固体撮像装置の製造方法によると、不純物濃度の斑を避けられないＣＺ法により形成されたシリコン単結晶を含まないため、従来の製造方法により製造された固体撮像装置に発生する固定パターンノイズが発生しない。これにより撮像した画像の画質劣化を防止できる固体撮像装置を製造することができる。また、固体撮像装置の読み出しゲート、ドレイン及び配線等は無欠陥の第２のシリコン単結晶層の表面に形成できるため撮像装置の画質をより改善することができる。さらに、読み出しゲート及び配線等を形成した後にイオン注入によって空乏化防止層を形成して活性化アニールをする必要がなく、熱処理による配線等に対する悪影響を回避することができる。
【００３９】
本発明の第３の固体撮像装置の製造方法において、第１のシリコン単結晶層は、第１の電導型であり、第２のシリコン単結晶層は、第２の電導型であり、フォトダイオードは、第２の電導型であることが好ましい。
【００４０】
また、本発明の第３の固体撮像装置の製造方法において、第１のシリコン単結晶層は、第１の電導型であり、第２のシリコン単結晶層は、第２の電導型であり、フォトダイオードを形成する工程は、第２のシリコン単結晶層に第１の電導型のウェルを形成する工程を含み、フォトダイオードは、第２の電導型であり且つウェル内に形成されてもよい。
【００４１】
本発明の固体撮像装置は、エピタキシャル法により形成され、第１の面と該第１の面と対向する第２の面とを有する板状のシリコン単結晶層と、シリコン単結晶層の第１の面上に設けられ、フォトダイオード電荷読み出し構造を含む配線層と、シリコン単結晶層の内部に、第２の面に受光部を向けて形成された複数のフォトダイオードとを備えていることを特徴とする。
【００４２】
本発明の固体撮像装置によると、不純物濃度の斑を避けられないＣＺ法により形成されたシリコン単結晶を含まないため、従来の固体撮像装置において発生する固定パターンノイズの発生を防ぐことができるようになる。
【００４３】
本発明の固体撮像装置は、シリコン単結晶層の第２の面上に設けられた絶縁膜と、絶縁膜の上にフォトダイオードと対応して設けられたカラーフィルタとをさらに備えていてもよい。
【００４４】
また、本発明の固体撮像装置は、シリコン単結晶層の第２の面上に前記フォトダイオードと対応して設けられたオンチップマイクロレンズをさらに備えていてもよい。
【００４５】
また、本発明の固体撮像装置は、シリコン単結晶層の第２の面上に設けられた絶縁膜と、絶縁膜の上に設けられたカラーフィルタと、カラーフィルタの上にフォトダイオードと対応して設けられたオンチップマイクロレンズとをさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、不純物濃度の斑を避けられないＣＺ法により形成されたシリコン単結晶を含まない固体撮像装置が製造できるため、従来の製造方法により製造された固体撮像装置において発生する固定パターンノイズが発生しない固体撮像装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置について、図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の断面構造を示している。
【００４８】
図１に示すように、第１の実施形態に係る固体撮像装置は、エピタキシャル法により形成されたシリコン単結晶層２４と、その表面を熱処理により形成された酸化シリコン層２２とを有している。ここでは、シリコン単結晶層２４は、ｐウェル２１となるように、不純物の導入により例えばｐ型としている。
【００４９】
シリコン単結晶層２４には、フォトダイオード１９及びドレイン２６が形成され、シリコン単結晶層２４の上には読み出しゲート２５及び配線２７が形成されている。シリコン単結晶層２４の上には、読み出しゲート２５及び配線２７を覆うように層間絶縁膜３４が形成されている。ここで、フォトダイオード１９の形成は、ヒ素、リン又はアンチモン等のイオン注入によってｎ型領域を形成することにより行われる。また、フォトダイオード１９の受光部は、酸化シリコン層２２側に向くように形成されている。
【００５０】
酸化シリコン層２２が形成されている面から、例えばボロン（Ｂ）イオンを注入することにより、シリコン単結晶層２４の下部にｐ＋型の空乏化防止層２８が形成されている。空乏化防止層２８の不純物濃度はフォトダイオード１９の不純物濃度によって異なるが、通常は１×１０１７ｃｍ−３以上且つ１×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。このようにすると、フォトダイオード１９の空乏層が酸化シリコン層２２との界面にまで広がらないので、界面準位で発生するノイズ電子がフォトダイオード１９に蓄積して発生する暗信号の抑制に有効である。
【００５１】
また、酸化シリコン層２２のシリコン単結晶層２４と反対側の面上にはカラーフィルタ２９が形成され、カラーフィルタ２９の上にはオンチップマイクロレンズ３０が形成されている。
【００５２】
本実施形態に係る固体撮像装置によると、不純物濃度の同心円状の斑を避けられないチョクラルスキ（ＣＺ）法により形成されたシリコン単結晶を含まないため、固定パターンノイズの発生を防ぎ、画質を改善することができる。
【００５３】
以下に、上記の構造を有する固体撮像装置の製造方法について図２及び図３を参照しながら説明する。図２（ａ）〜図２（ｅ）及び図３（ａ）〜図３（ｆ）は本発明に係る第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法を工程順に示している。
【００５４】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン単結晶であるボンドウェハ２０を用意する。本実施形態において、ボンドウェハ２０の電導型及び不純物濃度は、図３（ｆ）に示す完成した固体撮像装置１８のｐウェル２１とは直接に関係しない。また、図２及び図３において、ボンドウェハ２０は主面が下側になるように示している。また、ボンドウェハ２０は、ＣＺ法により製造されたシリコン単結晶を用いて構わない。
【００５５】
次に、図２（ｂ）に示すように、エピタキシャル法により、ボンドウェハ２０の主面上に、ｐ型の不純物が導入されたシリコン単結晶層２４を堆積させる。本実施形態において、シリコン単結晶層２４は、最後に固体撮像素子を形成する基板の膜厚以上でなければならない。可視光に感度を持つ固体撮像装置の場合、数μｍ〜１０μｍの基板の膜厚が必要であるため、エピタキシャル法によるシリコン単結晶層２４の堆積膜厚も数μｍ〜１０μｍが必要である。
【００５６】
次に、図２（ｃ）に示すように、ボンドウェハ２０を熱酸化することにより酸化シリコン層２２を形成する。形成された酸化シリコン層２２は、表面（下面）側のみを図示しているが、実際にはボンドウェハ２０の裏面及び側面にも酸化シリコン層２２が形成される。
【００５７】
次に、図２（ｄ）に示すように、酸化シリコン層２２側からシリコン単結晶層２４に、水素イオンを注入することにより、シリコン単結晶層２４の内部に欠陥層２３を形成する。ボンドウェハ２０とベースウェハ１７とを貼り合わせ後にボンドウェハ２０を欠陥層２３において剥離する。このため、水素イオンの注入時の加速エネルギーを制御してイオン注入の深さを調整することにより、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハにおけるシリコン単結晶層２４の厚さを決めることができる。従って、本実施形態ではこの欠陥層２３の深さが最後に固体撮像装置１８を形成するシリコン単結晶の膜厚となる。裏面照射型の固体撮像装置１８を形成する場合には、前述したように、その膜厚は数μｍ〜１０μｍ程度である。図２（ｂ）で示したエピタキシャル法によるシリコン単結晶層２４の堆積膜厚は固体撮像装置１８を形成するシリコン単結晶の膜厚よりも厚くしているため、水素イオン注入による欠陥層２３はエピタキシャル法によるシリコン単結晶層２４中に形成される。
【００５８】
次に、図２（ｅ）に示すように、図３（ｂ）において完成するＳＯＩウェハ１６の強度を維持するためのベースウェハ１７を用意し、用意したベースウェハ１７とシリコン単結晶層２４との表面を洗浄し、その後、ベースウェハ１７とシリコン単結晶層２４との表面同士を貼り合わせる。このとき、ベースウェハ１７とシリコン単結晶層２４を堆積したボンドウェハ２０とを軽く押さえるだけで、それぞれの平坦性が十分に高いため、表面の原子間力により接着が進む。洗浄工程は、汚染物質及びパーティクル等を除去するだけでなく、それぞれの表面を親水性にして接着効果を高める目的もある。ここで、ベースウェハ１７は、ＣＺ法により製造されたシリコン単結晶を用いても構わない。また、ベースウェハ１７がボンドウェハ２０よりも薄いように示したが、これは便宜的なものであり、ベースウェハ１７はＳＯＩウェハ１６としての強度を維持できる膜厚でなければならない。従って、直径２００ｍｍ以上の場合は、通常５００μｍ以上の膜厚が必要である。ボンドウェハ２０もまた、ベースウェハ１７との貼り合わせまでの工程を経るためにベースウェハ１７と同程度の膜厚が必要である。
【００５９】
この後、図３（ａ）に示すように、ベースウェハ１７とボンドウェハ２０とを裏面から引き離すと、欠陥層２３においてシリコン単結晶層２４の剥離が起こる。ここでベースウェハ１７から剥離されたボンドウェハ２０及びシリコン単結晶層２４の一部は、再び図２（ｂ）のエピタキシャル成長工程にもどされ、別のＳＯＩウェハの製造に再利用されることもある。
【００６０】
その後、熱処理を行うことにより、貼り合わせた面同士の接着を強固にする。この熱処理の温度は接着強度を考慮して、４００℃以上であり、好ましくは１０００℃前後であることが望ましい。
【００６１】
上記の工程により図３（ｂ）に示すように、ベースウェハ１７、酸化シリコン層２２及びシリコン単結晶層２４からなるＳＯＩウェハ１６が完成する。本実施形態により形成されたＳＯＩウェハ１６は、シリコン単結晶層２４がすべてエピタキシャル法により形成されているため、ＣＺ法により形成された従来のシリコン単結晶層と比べて不純物の濃度斑がきわめて少ないのが特徴である。
【００６２】
次に、図３（ｃ）に示すように、シリコン単結晶層２４にフォトダイオード１９及びドレイン２６を形成し、シリコン単結晶層２４の上に、読み出しゲート２５及び配線２７を形成することにより、ＭＯＳ型固体撮像装置を形成する。電荷結合素子（Charge Coupled Device：ＣＣＤ）型固体撮像装置の場合は、フォトダイオード、電荷転送部、ゲート電極及び配線がこれに代わる。本実施形態ではフォトダイオード１９をｐ型のシリコン単結晶層２４中に形成するため、フォトダイオード１９の形成にヒ素、リン又はアンチモン等の不純物をイオン注入してｎ型領域を形成する。また、シリコン単結晶層２４の上に、読み出しゲート２５及び配線２７を覆うように層間絶縁膜３４を形成する。
【００６３】
なお、本実施形態では図２（ｂ）において、エピタキシャル法によりｐ型のシリコン単結晶層２４を形成しているが、これをｎ型とし、図３（ｃ）に示す工程においてイオン注入等によってｐウェル２１を形成し、ｐウェル２１中にフォトダイオード１９等を形成しても構わない。
【００６４】
次に、図３（ｄ）に示すように、ベースウェハ１７を除去する。研磨及びドライエッチング等によりその大部分を除去した後に、アルカリ溶液によるエッチングを行うのが効率的である。但し、アルカリ溶液によるエッチングのみでも構わない。ベースウェハ１７がシリコン単結晶であるため、アルカリ溶液によるエッチングにより容易に除去が可能であり、また、中間の酸化シリコン層２２はアルカリ溶液によってエッチングされないため、エッチングのストッパーとなり、ＳＯＩウェハ１６の膜厚が主に水素イオン注入の深さにより決まる高精度での薄膜化の加工が可能である。５００μｍ以上の膜厚を持つ単層のシリコン単結晶ウェハを研磨及びエッチングを組み合わせて１０μｍ前後の膜厚に加工する場合と比べて、膜厚精度が飛躍的に高いことがＳＯＩウェハ１６を用いる最大の利点である。また、ベースウェハ１７の除去は、マスク工程を利用して固体撮像装置１８の受光領域に限定して行っても構わない。ＳＯＩウェハ１６の全面からベースウェハ１７を除去する場合にはウェハ全体の強度が不足するため、配線２７等を形成した表面側に石英ウェハ等を支持ウェハとしてあらかじめ貼り付けることにより補強することが望ましい。但し、ここでは省略している。また、本実施形態ではベースウェハ１７のみを除去する場合を示しているが、アルカリ溶液等によるベースウェハ１７の除去後に、酸によるエッチングによって酸化シリコン層２２を選択的に除去しても膜厚の加工精度は変わらず、ＳＯＩウェハ１６を用いる効果が得られる。
【００６５】
その後、図３（ｅ）に示すように、酸化シリコン層２２が形成されている面からボロンイオンの注入を行い、シリコン単結晶層２４におけるシリコン単結晶層２４と酸化シリコン２２層との界面近傍にｐ＋型の空乏化防止層２８を形成する。空乏化防止層２８の濃度はフォトダイオード１９の不純物濃度によっても異なるが、通常は１×１０１７ｃｍ−３以上且つ１×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。これにより、フォトダイオード１９の空乏層が酸化シリコン層２２との界面にまで広がって界面準位で発生するノイズ電子がフォトダイオード１９に蓄積し、暗信号となるのを防ぐことが可能である。但し、この工程を省略しても画質は低下するが撮像装置としての基本的な機能を得ることができる。
【００６６】
次に、図３（ｆ）に示すように、酸化シリコン層２２の上に、必要に応じてカラーフィルタ２９及びオンチップマイクロレンズ３０を形成して、エピタキシャル法によるシリコン単結晶層２４のみにより形成された裏面照射型の固体撮像装置１８が完成する。
【００６７】
本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、不純物濃度の同心円状の斑を避けられないＣＺ法により形成されたシリコン単結晶を含まない固体撮像装置１８が形成できるために、図１２に示したような固定パターンノイズの発生しない固体撮像装置を製造することが可能である。
【００６８】
なお、本実施形態では裏面照射型の固体撮像装置について説明したが、従来の表面型の固体撮像装置もＳＯＩウェハを使って同様に製造できる。表面型の固体撮像装置で受光領域を薄膜化することは、例えば特定の短波長にのみ感度を持たせる場合や、固体撮像装置の透過光を何らかの目的に利用する場合等に有効である。この場合は図３（ｅ）で示した空乏化防止層２８はシリコン単結晶層２４の上記とは反対側の面にボロンイオンを注入して形成する必要があり、図３（ｄ）に示した工程中において行う。
【００６９】
また、ここでは、ＭＯＳ型固体撮像装置を例にその製造方法を示したが、ＣＣＤ型固体撮像装置でもＳＯＩウェハを使った同様の製造方法が適用可能である。
【００７０】
また、本実施形態ではｐウェル２１中にフォトダイオード１９を形成する場合を説明したが、他の電導型であっても本発明の固体撮像装置の製造方法が適用できる。
【００７１】
さらに、本実施形態では水素イオン剥離法を用いる場合について説明したが、ＵｎｉＢｏｎｄ法において用いられる他の剥離方法、例えば水素イオン以外のアルゴンイオン等を用いるイオン剥離法等を用いても同様の効果が得られる。
【００７２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図４及び図５を参照しながら説明する。
【００７３】
図４（ａ）〜図４（ｅ）及び図５（ａ）〜図５（ｇ）は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を工程順に示している。
【００７４】
図４（ａ）〜図５（ｂ）の工程は第１の実施形態で示した図２（ａ）〜図３（ｂ）の工程と同様であるため説明を省略する。但し、第１の実施形態におけるシリコン単結晶層２４を本実施形態では第１のシリコン単結晶層３２としている。
【００７５】
図５（ｃ）に示すように、エピタキシャル法により、第１のシリコン単結晶層３２の上に、第２のシリコン単結晶層３１を堆積させる。ここで第２のシリコン単結晶層３１にはｐ型の不純物が導入されている。これにより、剥離された第１のシリコン単結晶層３２と第２のシリコン単結晶層３１との膜厚の合計が図５（ｇ）に示す固体撮像装置１８の基板膜厚となる。裏面照射型の固体撮像装置において、基板の膜厚は数μｍ〜１０μｍ程度とする必要がある。従って、欠陥層２３の第１のシリコン単結晶層３２中の深さをｄ１とし、図５（ｃ）において堆積する第２のシリコン単結晶層３１の膜厚をｄ２とするとき、ｄ１＋ｄ２と目標とする固体撮像装置１８の基板の膜厚とが等しくなるようにする必要がある。
【００７６】
次に、図５（ｄ）に示すように、第２のシリコン単結晶層３１にフォトダイオード１９及びドレイン２６を形成し、第２のシリコン単結晶層３１の上に読み出しゲート２５及び配線２７を形成することにより、ＭＯＳ型固体撮像装置を形成する。ＣＣＤ固体撮像装置の場合は、フォトダイオード、電荷転送部、ゲート電極及び配線がこれに代わる。本実施形態ではフォトダイオード１９が第２のシリコン単結晶層３１中に形成するため、フォトダイオード１９の形成にヒ素、リン又はアンチモン等の不純物をイオン注入してｎ型領域を形成する。さらに、シリコン単結晶層２４の上に、読み出しゲート２５及び配線２７を覆うように層間絶縁膜３４を形成する。
【００７７】
なお、本実施形態では、エピタキシャル法によりｎ型の第２のシリコン単結晶層３１を形成して、形成した第２のシリコン単結晶層３１においてイオン注入等によってｐウェル２１を形成し、ｐウェル２１中にフォトダイオード１９等を形成しても構わない。
【００７８】
次に、図５（ｅ）に示すように、ベースウェハ１７を除去する。研磨及びドライエッチング等によりその大部分を除去した後に、アルカリ溶液によるエッチングを行うのが効率的である。但し、アルカリ溶液によるエッチングのみでも構わない。ベースウェハ１７がシリコン単結晶であるため、アルカリ溶液によるエッチングにより容易に除去が可能であり、また、中間の酸化シリコン層２２はアルカリ溶液によってエッチングされないためエッチングのストッパーとなり、ＳＯＩウェハ１６の膜厚が主に水素イオン注入の深さにより決まる高精度での薄膜化の加工が可能である。５００μｍ以上の膜厚を持つ単層のシリコン単結晶ウェハを研磨及びエッチングを組み合わせて１０μｍ前後の膜厚に加工する場合と比べて、膜厚精度が飛躍的に高いことがＳＯＩウェハ１６を用いる最大の利点である。また、ベースウェハ１７の除去は、マスク工程を利用して固体撮像装置１８の受光領域に限定して行っても構わない。ＳＯＩウェハ１６の全面からベースウェハ１７を除去する場合にはウェハ全体の強度が不足するため、配線２７等を形成した表面側に石英ウェハ等を支持ウェハとしてあらかじめ貼り付けることにより補強することが望ましい。但し、ここでは省略している。また、本実施形態ではベースウェハ１７のみを除去する場合を示しているが、アルカリ溶液等によるベースウェハ１７の除去後に、酸によるエッチングによって酸化シリコン層２２を選択的に除去しても膜厚の加工精度は変わらず、ＳＯＩウェハ１６を用いる効果が得られる。
【００７９】
次に、図５（ｆ）に示すように、酸化シリコン層２２が形成されている面からボロンイオンの注入を行い、第１のシリコン単結晶層３２における第１のシリコン単結晶層３２と酸化シリコン層２２との界面近傍にｐ＋型の空乏化防止層２８を形成する。空乏化防止層２８の濃度はフォトダイオード１９の不純物濃度によっても異なるが、通常は１×１０１７ｃｍ−３以上且つ１×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。これにより、フォトダイオード１９の空乏層が酸化シリコン層２２との界面にまで広がって界面準位で発生するノイズ電子がフォトダイオード１９に蓄積することによる暗信号の抑制が可能である。但し、この工程を省略しても画質は低下するが撮像装置としての基本的な機能を得ることができる。
【００８０】
次に、図５（ｇ）に示すように、酸化シリコン層２２の上に、必要に応じてカラーフィルタ２９及びオンチップマイクロレンズ３０を形成して、エピタキシャル法による第１のシリコン単結晶層３２及び第２のシリコン単結晶層３１のみにより形成された裏面照射型の固体撮像装置１８が完成する。
【００８１】
本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、不純物濃度の同心円状の斑を避けられないＣＺ法により形成されたシリコン単結晶を含まない固体撮像装置１８が形成できるために、図１２に示したような固定パターンノイズの発生しない固体撮像装置を製造することが可能である。
【００８２】
本実施形態において、水素イオン剥離法によりＳＯＩウェハ１６を形成しているが、水素イオン注入による剥離面はイオン注入による欠陥層２３が多数残存している。そのため、水素イオン注入による剥離面に、読み出しゲート２５、ドレイン２６及び配線２７等を形成する場合、読み出しゲート２５においては界面準位増加による閾値電圧のばらつき、ドレイン２６においては暗出力増加、配線２７のコンタクト抵抗の高抵抗化及び抵抗ばらつき等を引き起こし、固体撮像装置としてはノイズの増加等による画質劣化の原因となるおそれがある。本実施形態においては、欠陥層２３が表面に多数残存する第１のシリコン単結晶３２の上に第２のシリコン単結晶層３１を形成するため、固体撮像装置１８の読み出しゲート２５、ドレイン２６及び配線２７等は無欠陥である第２のシリコン単結晶層３１の表面上に形成できる。従って、撮像装置の画質を改善することができる。また、通常、単結晶シリコンのエピタキシャル成長はシラン系の原料ガスを用いて１０００℃以上の高温で行うため、酸化シリコン層２２側から第１のシリコン単結晶層３２にイオン注入された水素原子が脱離し、イオン注入による欠陥を回復させる作用がある。
【００８３】
好ましくは、第１のシリコン単結晶層３２と第２のシリコン単結晶層３１との境界面がフォトダイオード１９の空乏層には存在しないことが望ましい。フォトダイオード１９の内部に残留した結晶欠陥は暗電流の発生源となり、白きずと呼ばれる固定パターンノイズの原因となるからである。本実施形態において、剥離後の第１のシリコン単結晶層３２の膜厚ｄ１を、空乏化防止層２８の厚さ以下に設定することにより、第１のシリコン単結晶層３２と第２のシリコン単結晶層３１との境界面を空乏化防止層２８の内部に位置させることができ、第１のシリコン単結晶層３２と第２のシリコン単結晶層３１との境界面がフォトダイオード１９の空乏層には存在しない構造とすることができる。このような構成にすることにより、さらに固体撮像装置の画質を改善することができる。
【００８４】
なお、本実施形態では水素イオン剥離法を用いる場合について説明したが、ＵｎｉＢｏｎｄ法で用いられる他の剥離方法、例えば、水素イオン以外のアルゴンイオンなどを用いるイオン剥離法等を用いても同様の効果が得られる。
【００８５】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図６及び図７を参照しながら説明する。
【００８６】
図６（ａ）〜図６（ｅ）及び図７（ａ）〜図７（ｆ）は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を工程順に示している。また、図８はレーザアニールの活性化斑による固定パターンノイズを示す模式図である。
【００８７】
図６（ａ）〜図７（ｅ）の工程は第２の実施形態で示した図４（ａ）〜図５（ｅ）と同様であるため説明を省略する。但し、第２の実施形態におけるシリコン単結晶層３２は、本実施形態では第１の空乏化防止シリコン単結晶層３３であり、電動型及び不純物濃度を図５（ｆ）における空乏化防止層２８とほぼ等しくしたシリコン単結晶である。また、図６（ｄ）に示す水素イオンの注入工程において、水素イオンの注入により形成する欠陥層２３の深さを第１の実施形態及び第２の実施形態における空乏化防止層２８の厚さとほぼ等しくすることにより、第１の空乏化防止シリコン単結晶層３３を第１の実施形態及び第２の実施形態における空乏化防止層２８として機能させるため、Ｂイオンの注入工程を不要とする点が異なる。
【００８８】
すなわち、本実施形態において、図７（ｅ）に示すエッチングによるベースウェハ１７の除去工程の後に、図７（ｆ）に示すように、酸化シリコン層２２の上に、必要に応じてカラーフィルタ２９及びオンチップマイクロレンズ３０等を形成して、エピタキシャル成長によるシリコン単結晶のみによって形成された裏面照射型の固体撮像装置１８が完成する。
【００８９】
ボロン等の不純物イオンの注入によりシリコン単結晶が所望の電導型の電気特性を示すためには、一般に活性化アニールと呼ばれる熱処理により不純物原子をシリコン単結晶中で安定な位置に配置させる必要がある。この活性化アニールは通常８００℃以上の熱処理を行う必要がある。しかし、すでに読み出しゲート２５及び配線２７等が形成されている場合、特に配線２７は、アルミニウム又は銅等の金属により形成されている場合もあるため、ウェハ全体に加える温度は配線２７の融点を考慮せねばならず、５００℃以上に加熱することは難しい。その結果、イオン注入した不純物の一部しか活性化させることができない。
【００９０】
これを解決する一つの方法として、レーザアニールという加熱方法を用いることができる。これは、ウェハを強力なレーザ光により走査し、ウェハ全面を加熱する方法であり、ウェハの片面を局所的に加熱させることが可能である。しかしながらこの方法にも二つの問題点がある。第１の問題点は、レーザ光の走査に起因する加熱斑である。レーザ光の直径は最大数百μｍ〜数ｍｍであり、固体撮像装置に比べて小さく且つその画素サイズに比べると大きい。一方、レーザ光の走査に起因する加熱斑は不純物の活性化の斑になり、電導特性の斑を引き起こす。その結果、固体撮像装置の個々の画素の特性に斑が生じ、図８に示すようなレーザの走査斑に起因する固定パターンノイズが撮像画像に生じることにより画質劣化を招くこととなる。第２の問題点は、フォトダイオード１９を形成する領域の厚さが数μｍ〜１０μｍであるため、ウェハの裏面からレーザ光を照射した場合であっても、ウェハの表面（上面）側も高温になることである。特に、裏面照射型の固体撮像装置の利点として、表面側の配線２７のレイアウトが画素配列に制約されないことが挙げられる。ところが、裏面からのレーザ光の一部がウェハを透過して配線２７により反射すれば、反射光に照射された部分の温度は他の部分よりも上昇するため、配線２７のレイアウトを反映する不純物の活性化斑が起こる可能性があり、走査斑とは別の固定パターンノイズの発生が懸念される。上記の問題は、短波長のレーザアニール技術が開発されれば改善される可能性もあるが、裏面加工時の熱処理は裏面照射型の固体撮像装置の本質的な問題である。
【００９１】
本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によると、読み出しゲート２５及び配線２７を形成した後にイオン注入によって空乏化防止層２８を形成して活性化アニールを行う必要がなく、活性化アニールに起因する固定パターンノイズの発生を回避することができる。
【００９２】
また、第１の空乏化防止シリコン単結晶層３３の不純物濃度が十分であれば、第１の空乏化防止シリコン単結晶層３３と第２のシリコン単結晶層３１との境界面において空乏化が起こらず、且つ、該境界面がフォトダイオード１９の内部に含まれないため、白きずが生じないため良好な画質を得ることができる。
【００９３】
なお、本実施形態では水素イオン剥離法を用いる場合について説明したが、ＵｎｉＢｏｎｄ法において用いられる他の剥離方法、例えば水素イオン以外のアルゴンイオン等を用いるイオン剥離法等を用いても同様の効果が得られることは、第１の実施形態と同様である。
【００９４】
また、本実施形態では第２のシリコン単結晶層３１はｐ型であり、フォトダイオード１９はｎ型であるが、第２のシリコン単結晶層３１をｎ型としても構わない。この場合、第２のシリコン単結晶層３１にイオン注入等によりｐウェルを形成し、ｐウェル中にｎ型のフォトダイオード１９を形成しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法は、不純物濃度の同心円状の斑を避けられないＣＺ法により形成されたシリコン単結晶を含まない固体撮像装置が形成できるため、固定パターンノイズを防ぐことができ、特に、ＳＯＩ基板を用いる固体撮像装置及びその製造方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｇ）は本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】レーザアニールの活性化斑による固定パターンノイズを示す模式図である。
【図９】ＣＺ法により製造された半導体ウェハの不純物濃度斑を示す模式図である。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は従来のＳＯＩウェハを用いた裏面照射型の固体撮像装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は従来のＳＯＩウェハを用いた裏面照射型の固体撮像装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１２】従来のＳＯＩウェハを用いた裏面照射型の固体撮像装置の固定パターンノイズを示す模式図である。
【符号の説明】
【００９７】
１６  ＳＯＩウェハ
１７  ベースウェハ（第２のウェハ）
１８  固体撮像装置
１９  フォトダイオード
２０  ボンドウェハ（第１のウェハ）
２１  ｐウェル
２２  酸化シリコン層
２３  欠陥層
２４  シリコン単結晶層
２５  読み出しゲート
２６  ドレイン
２７  配線
２８  空乏化防止層
２９  カラーフィルタ
３０  オンチップマイクロレンズ
３１  第２のシリコン単結晶層
３２  第１のシリコン単結晶層
３３  第１の空乏化防止シリコン単結晶層
３４  層間絶縁膜
【図１】
2010219439.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010219439.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010219439.tif 000009
【図８】
2010219439.tif 000010
【図９】
2010219439.tif 000011
【図１０】
2010219439.tif 000012
【図１１】
2010219439.tif 000013
【図１２】
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